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摘 要：本文主要根据生产过程中的轧制力是否满足大规格产品生产能力进行能力校核与理论计算相对比，而且根据测得轧制力对传动齿轮安全系数进行评定，是否在能力范围之内。并针对实际情况进行分析，为生产大规格产品提供理论依据。
关键词：测试 能力校核、轧制力
中图分类号：TG333.17 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（b）-0103-02
公司为开发新产品，充分挖掘轧机机组的生产潜力，提升企业竞争力。拟在φ100机组采用φ130管坯生产新规格的无缝钢管，因目前该穿孔机的最大管坯直径为φ120，为判断用φ130管坯生产新规格无缝钢管的可能性及验证其理论计算结果。主要的具体工作由两部分组成
（1）对穿孔机齿轮座输入轴和一根输出轴两个部位进行扭矩测试，测点选择如图1所示，测试过程要求：在安装好测试设备后，穿孔机生产运行，其间穿轧φ120管坯无缝钢管，具体包括两处传动轴3～5工况的扭矩测试，测试数据9～15组，在测试结束后乙方提供相应的测试分析报告。
（2）在φ120mm管坯测试结束后，根据测试结果，决定是否进行φ130mm管坯穿轧无缝钢管作业，若试生产再对以上两处传动轴进行3～5个工况的扭矩测试。
1 测试原理
实验应力分析，是用实验方法分析受力构件的应变和应力的一门科学，是一门与工程实际密切联系的学科。
研究力学问题有两种途径，即理论分析和实验分析，两者相辅相成。实验的结果常常为新理论的建立提供依据，新理论的提出要求实验的发展与之相适应；理论计算的结果需要实验验证；实验的设计和实施需要理论分析的结论做指导。
实验应力分析可以检验和提高设计质量、工程结构的安全性和可靠性，可以达到减少材料消耗、降低生产成本和节约能源的要求。它还可以为发展新理论、设计新型结构以及新材料的应用提供依据。实验应力分析不仅可以推动理论分析的发展，而且能有效地解决许多理论上尚不能解决的工程实际问题。因此它和应力分析理论一样，是解决工程强度问题的一个重要手段，在航空、机械、土木等工程领域得到广泛的应用。
实验应力分析方法很多，主要有：应变电测法、光测法、脆性涂层法和应变机械测量法等，应变电测法是其中最广泛应用的两种方法之一。
2 被测轴参数
本次穿孔机测试包括齿轮箱的输入和输出轴（上轴）两个测点，两轴参数如下。
输入轴：材质为34CrNi3Mo；弹性模量为206000MPa；泊松比为0.3；外径为0.19m。
输出轴：材质为20钢；弹性模量为198000MPa；泊松比为0.3；外径为0.245m。
3 轧制Φ120管坯实测结果
3.1 轧制规格Φ120×5.8的实测扭矩
输入轴扭矩最大值为-30.53～-46.11kN·m，均值为-26.56～-42.14kN·m；输出轴扭矩52.16～60.97kN·m，均值为40.45～49.26kN·m。
3.2 轧制规格Φ120×11的实测扭矩
输入轴扭矩最大值为-43.77～-47.49kN·m，均值为-39.8～-43.52kN·m；输出轴扭矩56.94～64.41kN·m，均值为45.23～52.7kN·m。
3.3 轧制规格Φ138×14的实测扭矩
输入轴扭矩最大值为-53.18～-63.5kN·m，均值为-42.25～-47.24kN·m；输出轴扭矩65.17～75.64kN·m，均值为46.42～54.18kN·m。
（说明：输入轴扭矩中的负号代表与输出轴的受力方向相反。）
4 理论与实际比较
4.1 穿孔机的计算
经验公式计算轧制力：
P=P平×F （1）
式中，P平為轧辊对金属的单位压力，kg/mm2；
F为金属与轧辊的接触面积，mm2。
取F=6800mm2；P平=9.5kg/mm2；
P=6800×9.5=64.6t=633.08kN （2）
其中，穿孔机设计最大轧制力Pmax=637.43kN；
因为P 4.2 轧制力矩的计算
热轧摩擦系数一般为0.2～0.4，取摩擦系数f=0.4；
轧辊倾角8°～10°，取a=10°。
4.2.1 导板对轧件的旋转阻力矩
Mb=Pb·f·cosa·（Lck/2）=3.1678kN·m （3）
导板轴向摩擦阻力：
Ex=Pb·f·sina=8.7946kN·m （4）
4.2.2 顶头轴向力Q
Q=（0.3～0.4）P=0.35P=221.578kN （5）
4.2.3 轧制力矩的计算
轴向滑移系数：
Sx=0.68·[ln100+0.05·（Dm/Dx）·εdq]·f·n1/2=1.076 （6）
得：Sxx=Sx，Syx=1。
轧制带处接触宽bx，bx=15.397mm；Z=P·cosωp；
由tgwp=2a1/Bck=0.1，得：ωp=5.710，a1=0.45b平=5.5mm。
Z=633.08kN （7）
a2=（R2-a12）1/2=299.95mm （8）
Y`=P·sinωp·cosa+（0.5·Q+Ex）·sina=88.901kN （9）
MZh=Mb+Za1+Y`·a2=33.266kN·m（一个轧辊的轧制力矩） （10）
则穿孔机总轧制力矩为：M=2·MZh=66.532kN·m；
穿孔机设计最大轧制力矩：Mmax=67.74kN·m；
由M 4.3 齿轮的受力分析
经过计算，穿孔机的轧制力为633.08kN，轧制力矩为66.532kN·m；根据设备参数，穿孔机电机转速为n=300r/min，齿数比为：u=2.5862；根据设计图纸可知：z1=29，m=12mm，α=20°，β=26.9467。
则穿孔机的电机输出扭矩为：M=65.32/u=25.725kN·m；
主动轮扭矩：T=M=25.725kN·m；
主动轮分度圆直径：d=mz1/cos（β）=390.3847mm；
主动轮轮齿切向力：Ft=2000T/d=131797.047N。
4.4 齿轮的强度计算
从以上计算我们可以知道，计算所得到的轧制力矩为66.532kN·m。
4.4.1 小轮和大轮的接触强度的计算安全系数
SH1=1.152，SH2=1.084 （11）
4.4.2 齿轮箱齿轮齿根弯曲强度计算
齿轮的弯曲极限应力为：σFG1=631.2417N/mm2，σFG2=606.2235N/mm2；
弯曲强度计算的安全系数：SF1=3.3346，SF2=3.1923。
5 结语
经过理论计算和实测数据，并将其结果应用至生产中，无论是实测情况或计算均可保证在100机组中生产φ130管坯系列的无缝钢管。
参考文献
[1] 李国祯.现代钢管轧制与工具设计原理[M].北京：冶金工业出版社，2006.
[2] 东北工学院轧钢教研室.轧钢工艺学[M].北京：中国工业出版社，1962.
[3] 韩观昌，李连诗.小型无缝钢管生产[M].北京：冶金工业出版社，1990.
关键词：测试 能力校核、轧制力
中图分类号：TG333.17 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（b）-0103-02
公司为开发新产品，充分挖掘轧机机组的生产潜力，提升企业竞争力。拟在φ100机组采用φ130管坯生产新规格的无缝钢管，因目前该穿孔机的最大管坯直径为φ120，为判断用φ130管坯生产新规格无缝钢管的可能性及验证其理论计算结果。主要的具体工作由两部分组成
（1）对穿孔机齿轮座输入轴和一根输出轴两个部位进行扭矩测试，测点选择如图1所示，测试过程要求：在安装好测试设备后，穿孔机生产运行，其间穿轧φ120管坯无缝钢管，具体包括两处传动轴3～5工况的扭矩测试，测试数据9～15组，在测试结束后乙方提供相应的测试分析报告。
（2）在φ120mm管坯测试结束后，根据测试结果，决定是否进行φ130mm管坯穿轧无缝钢管作业，若试生产再对以上两处传动轴进行3～5个工况的扭矩测试。
1 测试原理
实验应力分析，是用实验方法分析受力构件的应变和应力的一门科学，是一门与工程实际密切联系的学科。
研究力学问题有两种途径，即理论分析和实验分析，两者相辅相成。实验的结果常常为新理论的建立提供依据，新理论的提出要求实验的发展与之相适应；理论计算的结果需要实验验证；实验的设计和实施需要理论分析的结论做指导。
实验应力分析可以检验和提高设计质量、工程结构的安全性和可靠性，可以达到减少材料消耗、降低生产成本和节约能源的要求。它还可以为发展新理论、设计新型结构以及新材料的应用提供依据。实验应力分析不仅可以推动理论分析的发展，而且能有效地解决许多理论上尚不能解决的工程实际问题。因此它和应力分析理论一样，是解决工程强度问题的一个重要手段，在航空、机械、土木等工程领域得到广泛的应用。
实验应力分析方法很多，主要有：应变电测法、光测法、脆性涂层法和应变机械测量法等，应变电测法是其中最广泛应用的两种方法之一。
2 被测轴参数
本次穿孔机测试包括齿轮箱的输入和输出轴（上轴）两个测点，两轴参数如下。
输入轴：材质为34CrNi3Mo；弹性模量为206000MPa；泊松比为0.3；外径为0.19m。
输出轴：材质为20钢；弹性模量为198000MPa；泊松比为0.3；外径为0.245m。
3 轧制Φ120管坯实测结果
3.1 轧制规格Φ120×5.8的实测扭矩
输入轴扭矩最大值为-30.53～-46.11kN·m，均值为-26.56～-42.14kN·m；输出轴扭矩52.16～60.97kN·m，均值为40.45～49.26kN·m。
3.2 轧制规格Φ120×11的实测扭矩
输入轴扭矩最大值为-43.77～-47.49kN·m，均值为-39.8～-43.52kN·m；输出轴扭矩56.94～64.41kN·m，均值为45.23～52.7kN·m。
3.3 轧制规格Φ138×14的实测扭矩
输入轴扭矩最大值为-53.18～-63.5kN·m，均值为-42.25～-47.24kN·m；输出轴扭矩65.17～75.64kN·m，均值为46.42～54.18kN·m。
（说明：输入轴扭矩中的负号代表与输出轴的受力方向相反。）
4 理论与实际比较
4.1 穿孔机的计算
经验公式计算轧制力：
P=P平×F （1）
式中，P平為轧辊对金属的单位压力，kg/mm2；
F为金属与轧辊的接触面积，mm2。
取F=6800mm2；P平=9.5kg/mm2；
P=6800×9.5=64.6t=633.08kN （2）
其中，穿孔机设计最大轧制力Pmax=637.43kN；
因为P
热轧摩擦系数一般为0.2～0.4，取摩擦系数f=0.4；
轧辊倾角8°～10°，取a=10°。
4.2.1 导板对轧件的旋转阻力矩
Mb=Pb·f·cosa·（Lck/2）=3.1678kN·m （3）
导板轴向摩擦阻力：
Ex=Pb·f·sina=8.7946kN·m （4）
4.2.2 顶头轴向力Q
Q=（0.3～0.4）P=0.35P=221.578kN （5）
4.2.3 轧制力矩的计算
轴向滑移系数：
Sx=0.68·[ln100+0.05·（Dm/Dx）·εdq]·f·n1/2=1.076 （6）
得：Sxx=Sx，Syx=1。
轧制带处接触宽bx，bx=15.397mm；Z=P·cosωp；
由tgwp=2a1/Bck=0.1，得：ωp=5.710，a1=0.45b平=5.5mm。
Z=633.08kN （7）
a2=（R2-a12）1/2=299.95mm （8）
Y`=P·sinωp·cosa+（0.5·Q+Ex）·sina=88.901kN （9）
MZh=Mb+Za1+Y`·a2=33.266kN·m（一个轧辊的轧制力矩） （10）
则穿孔机总轧制力矩为：M=2·MZh=66.532kN·m；
穿孔机设计最大轧制力矩：Mmax=67.74kN·m；
由M
经过计算，穿孔机的轧制力为633.08kN，轧制力矩为66.532kN·m；根据设备参数，穿孔机电机转速为n=300r/min，齿数比为：u=2.5862；根据设计图纸可知：z1=29，m=12mm，α=20°，β=26.9467。
则穿孔机的电机输出扭矩为：M=65.32/u=25.725kN·m；
主动轮扭矩：T=M=25.725kN·m；
主动轮分度圆直径：d=mz1/cos（β）=390.3847mm；
主动轮轮齿切向力：Ft=2000T/d=131797.047N。
4.4 齿轮的强度计算
从以上计算我们可以知道，计算所得到的轧制力矩为66.532kN·m。
4.4.1 小轮和大轮的接触强度的计算安全系数
SH1=1.152，SH2=1.084 （11）
4.4.2 齿轮箱齿轮齿根弯曲强度计算
齿轮的弯曲极限应力为：σFG1=631.2417N/mm2，σFG2=606.2235N/mm2；
弯曲强度计算的安全系数：SF1=3.3346，SF2=3.1923。
5 结语
经过理论计算和实测数据，并将其结果应用至生产中，无论是实测情况或计算均可保证在100机组中生产φ130管坯系列的无缝钢管。
参考文献
[1] 李国祯.现代钢管轧制与工具设计原理[M].北京：冶金工业出版社，2006.
[2] 东北工学院轧钢教研室.轧钢工艺学[M].北京：中国工业出版社，1962.
[3] 韩观昌，李连诗.小型无缝钢管生产[M].北京：冶金工业出版社，1990.